JP2016206178A - Laser measurement method, laser measurement marker and coordinate calculation program - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、レーザ計測に関する技術であり、より具体的には、その位置座標が既知である基準点と方位点に基づいて計測点群に位置座標を付与するレーザ計測方法、レーザ計測用標識、及び座標算出プログラムに関するものである。 The present invention is a technique related to laser measurement, and more specifically, a laser measurement method for assigning position coordinates to a measurement point group based on a reference point and an azimuth point whose position coordinates are known, a laser measurement marker, And a coordinate calculation program.
地形図を作製するため広範囲に渡って計測を行う場合、従来では航空機から撮影した空中写真を利用するのが一般的であったが、昨今では航空レーザ計測も多用されるようになった。さらに、地上にレーザ計測器（以下、「レーザスキャナ」という。）を設置して計測する地上型レーザ計測も広まりつつある。 In the past, when a wide range of measurements were taken to create topographic maps, it was common to use aerial photographs taken from aircraft, but nowadays, aerial laser measurements are also frequently used. Furthermore, ground-type laser measurement, in which a laser measuring instrument (hereinafter referred to as “laser scanner”) is installed and measured on the ground, is also spreading.
航空レーザ計測は、計測したい地形の上空を航空機で飛行し、地形に対して照射したレーザパルスの反射信号を受けて計測するものである。航空機には通常、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）などの測位計とＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）などの慣性計測装置が搭載されているので、レーザパルスの照射位置（ｘ，ｙ，ｚ）と照射姿勢（ω，φ，κ）を把握することができ、その結果、照射時刻と受信時刻の時間差から計測点（レーザパルスが反射した地点）の３次元座標を得ることができる。 In the aviation laser measurement, the aircraft is flying over the terrain to be measured by an aircraft, and a reflection signal of a laser pulse irradiated on the terrain is received and measured. An aircraft usually has a positioning device such as a GPS (Global Positioning System) and an inertial measurement device such as an IMU (Internal Measurement Unit). Therefore, an irradiation position (x, y, z) and an irradiation posture ( (ω, φ, κ) can be grasped, and as a result, the three-dimensional coordinates of the measurement point (the point where the laser pulse is reflected) can be obtained from the time difference between the irradiation time and the reception time.
一方、地上型レーザ計測は、これまで地上計測の主流であったトータルステーションと同様、既地点上に水平姿勢でレーザスキャナを設置し、計測対象に対して照射したレーザパルスの反射信号を受けて計測する。このとき、鉛直面内で照射方向を変えながら（つまり首を振りながら）、しかも水平回転（鉛直軸周り回転）しながら照射するため、レーザスキャナの設置周辺のあらゆる地物（計測対象）を一度に計測することができる。また、レーザパルスが到達して反射することができる場所までは計測可能であるから、その計測範囲は半径１ｋｍ程度と極めて広い。加えて、一般的なレーザスキャナのスキャンレートは毎秒１万〜５万点であり、高密度な地物計測点群を取得することができる。 On the other hand, terrestrial laser measurement, like the total station that has been the mainstream of terrestrial measurement so far, has a laser scanner installed in a horizontal position on the existing point, and receives the reflection signal of the laser pulse irradiated to the measurement object. To do. At this time, since irradiation is performed while changing the irradiation direction in the vertical plane (that is, while swinging the neck) and rotating horizontally (rotating around the vertical axis), all the features (measurement target) around the installation of the laser scanner are once Can be measured. Further, since it is possible to measure up to the place where the laser pulse can reach and reflect, the measurement range is as wide as about 1 km in radius. In addition, the scan rate of a general laser scanner is 10,000 to 50,000 points per second, and a high-density feature measurement point group can be acquired.
このように多くの特長をもつ地上型レーザ計測は、様々なところで利用される傾向にあり、例えば特許文献１では落石や土石流のおそれがある斜面を遠方監視するために地上型レーザ計測を利用する技術を提案している。
The ground type laser measurement having such many features tends to be used in various places. For example, in
ところで地上型レーザ計測は、航空レーザ計測とは異なり、ＩＭＵなどの慣性計測装置をほとんどの場合用いることがない。これは、レーザスキャナを水平姿勢で固定して設置できるためであり、照射方向は機械的に演算処理できるからである。しかしながら、照射する鉛直角度（つまり仰角）は計算できるものの、照射する方位（いわば北を基準とする絶対的な水平角）は、何らかの情報を与えない限り計算で求めることはできない。言い換えれば、Ｘ軸―Ｙ軸―Ｚ軸からなる３次元座標軸のうち、水平面が把握できることからＺ軸は特定できるが、水平面内におけるＸ軸―Ｙ軸の向きは特定できないわけである。 By the way, unlike the aviation laser measurement, the terrestrial laser measurement hardly uses an inertial measurement device such as an IMU in most cases. This is because the laser scanner can be fixed and installed in a horizontal posture, and the irradiation direction can be mechanically processed. However, although the irradiation vertical angle (that is, the elevation angle) can be calculated, the irradiation direction (so-called absolute horizontal angle with respect to the north) cannot be calculated unless some information is given. In other words, among the three-dimensional coordinate axes composed of the X axis, the Y axis, and the Z axis, since the horizontal plane can be grasped, the Z axis can be specified, but the direction of the X axis—Y axis in the horizontal plane cannot be specified.
そこで従来では、レーザスキャナの設置位置をあらかじめ取得しておき、さらに目印となる標点を利用することでＸ軸―Ｙ軸の向きを特定することとしていた。具体的には、レーザ計測によって自動認識できる標点をあらかじめ設置しておき、レーザ計測で得られた計測点群の中からこの標点を自動抽出する。もちろん標点の位置座標は事前に測量しておき、３点以上の標点の既知座標とレーザスキャナ位置の既知座標によってヘルマート変換を行い、水平面座標系（Ｘ軸―Ｙ軸）を特定するわけである。なお図１５は、レーザ計測で自動認識できる標点の例を示すモデル図であり、（ａ）は市松模様の標点を、（ｂ）は半径Ｒが既知の球形標点を示している。市松模様の標点は、黒と白で極端に反射強度が異なることを利用したものであり、球形標点は、特殊形状である球面は半径が既知であれば認識できることを利用したものである。 Therefore, conventionally, the installation position of the laser scanner is acquired in advance, and the orientation of the X axis and the Y axis is specified by using a mark as a mark. Specifically, a mark that can be automatically recognized by laser measurement is set in advance, and this mark is automatically extracted from a group of measurement points obtained by laser measurement. Of course, the position coordinates of the gauge points are surveyed in advance, and the Hellmart transformation is performed based on the known coordinates of three or more gauge points and the known coordinates of the laser scanner position, and the horizontal plane coordinate system (X axis-Y axis) is specified. It is. FIGS. 15A and 15B are model diagrams showing examples of marks that can be automatically recognized by laser measurement. FIG. 15A shows a checkerboard-shaped mark, and FIG. 15B shows a spherical mark whose radius R is known. The checkered check mark uses the fact that the reflection intensity is extremely different between black and white, and the spherical check mark uses the fact that a specially shaped spherical surface can be recognized if the radius is known. .
しかしながら、このような特殊な標点を利用するためにはその製作や維持にコストが掛かる上、標点の設置及び測量が必要となり、この手間が計測コストを相当に押し上げていた。特に標点の設置に関しては、設置場所の選定や固定の方法など計測現場ごとに検討しなければならず、事前の現地調査を含め計測コストに大きな影響を与えていた。 However, in order to use such a special mark, the production and maintenance costs are high, and the setting and surveying of the mark are necessary, and this effort has considerably increased the measurement cost. In particular, the installation of the gauge points had to be considered for each measurement site, such as the selection of the installation location and the fixing method, which had a major impact on measurement costs, including prior field surveys.
一方、レーザ計測で取得された点群は、地物ごとにその形状を再現するため３次元でモデル化されることがある。ところが、既述のとおりレーザスキャナのスキャンレートは著しく高速であるため、夥しい数の計測点が取得されることになる。すなわち、この膨大な計測点の中から、しかも計測点が主に３次元座標の情報しか具備しない条件下で、地物の３次元モデルを作成することは容易ではなく、自動計算で行うには相当な時間を要しているのが現状である。 On the other hand, a point cloud acquired by laser measurement may be modeled in three dimensions in order to reproduce the shape of each feature. However, since the scan rate of the laser scanner is remarkably high as described above, a large number of measurement points are acquired. That is, it is not easy to create a three-dimensional model of a feature from the enormous number of measurement points under the condition that the measurement points mainly have only three-dimensional coordinate information. It currently takes a considerable amount of time.
本願発明の課題は、従来の問題を解決することであり、すなわち効率的に計測することで従来よりも計測コストを軽減するレーザ計測を提供することであり、具体的には、標点を設置することなく計測できるレーザ計測方法、及びこの方法で得られらる計測点群の位置座標を求めることができる座標算出プログラムを提供することである。 The problem of the present invention is to solve the conventional problem, that is, to provide laser measurement that reduces measurement cost than before by efficiently measuring, and specifically, a gage is installed. It is to provide a laser measurement method that can be measured without performing, and a coordinate calculation program that can obtain the position coordinates of a measurement point group obtained by this method.
本願発明は、位置座標が既知である方位点を設定し、多数の計測点群の中から種々のフィルタリング処理を行って「参照点群」を抽出し、この参照点群から「暫定方位点座標」を算出したうえで座標変換するという点に着目したものであり、従来にはなかった発想に基づいてなされた発明である。 The present invention sets an azimuth point whose position coordinates are known, performs various filtering processes from a large number of measurement point groups, extracts a “reference point group”, and extracts a “provisional azimuth point coordinate” from this reference point group. "Is calculated based on the point that coordinates are converted and calculated based on an idea that has not existed in the past.
本願発明のレーザ計測方法は、位置座標が既知である基準点及び方位点に基づいて、レーザ計測による計測点群の位置座標を求める方法であり、機械設置工程と、計測工程、暫定座標算出工程、参照点群抽出工程、暫定方位点座標算出工程、確定座標算出工程を備えている。このうち機械設置工程では、レーザ計測機械が基準点に設置され、計測工程では、レーザ計測機械からレーザを掃射することで計測対象物の計測点群が得られる。暫定座標算出工程では、基準点を基準とする暫定座標系が設定され、この暫定座標系に基づいて計測点群に暫定座標が付与される。参照点群抽出工程では、計測点群の中から方位点を求めるための参照点群が抽出され、暫定方位点座標算出工程では、参照点群に基づいて暫定座標系における方位点の位置座標が暫定方位点座標として算出される。そして確定座標算出工程では、基準点の位置座標、方位点の位置座標、及び暫定方位点座標に基づいて、暫定座標系を変換した確定座標系が得られるとともに、計測点群に付与された暫定座標が確定座標系に変換される。なお参照点群抽出工程では、基準点と方位点の比高差を照らし合わせて計測点群を間引く「比高差フィルタリング」、基準点と方位点の距離を照らし合わせて計測点群を間引く「距離フィルタリング」、及び基準点と方位点によって求められる方位を照らし合わせて計測点群を間引く「方位フィルタリング」によって参照点群が抽出される。 The laser measurement method of the present invention is a method for obtaining the position coordinates of a measurement point group by laser measurement based on a reference point and an azimuth point whose position coordinates are known. A machine installation step, a measurement step, and a provisional coordinate calculation step , A reference point group extraction step, a provisional azimuth point coordinate calculation step, and a confirmed coordinate calculation step. Among these, in the machine installation process, the laser measurement machine is installed at the reference point, and in the measurement process, the measurement point group of the measurement object is obtained by sweeping the laser from the laser measurement machine. In the provisional coordinate calculation step, a provisional coordinate system based on the reference point is set, and provisional coordinates are assigned to the measurement point group based on the provisional coordinate system. In the reference point group extraction step, a reference point group for obtaining an azimuth point is extracted from the measurement point group, and in the temporary azimuth point coordinate calculation step, the position coordinates of the azimuth point in the temporary coordinate system are calculated based on the reference point group. Calculated as provisional bearing point coordinates. In the fixed coordinate calculation step, a fixed coordinate system obtained by converting the temporary coordinate system is obtained based on the position coordinates of the reference point, the position coordinates of the azimuth point, and the temporary azimuth point coordinates, and the temporary coordinate assigned to the measurement point group Coordinates are converted to a deterministic coordinate system. In the reference point group extraction process, “specific height difference filtering” that thins out the measurement point group by comparing the relative height difference between the reference point and the azimuth point, and thins out the measurement point group by comparing the distance between the reference point and the azimuth point. The reference point group is extracted by “distance filtering” and “azimuth filtering” that thins out the measurement point group by comparing the directions determined by the reference point and the azimuth point.
本願発明のレーザ計測方法は、基準点を基点とした方位を計測する方位計測工程をさらに備えた方法とすることもできる。この場合、暫定座標算出工程では、方位計測工程で計測された方位と基準点に基づいて暫定座標系が設定される。 The laser measurement method of the present invention may be a method further comprising an azimuth measurement step for measuring an azimuth with a reference point as a base point. In this case, in the provisional coordinate calculation process, a provisional coordinate system is set based on the azimuth measured in the azimuth measurement process and the reference point.
本願発明のレーザ計測方法は、２つの略鉛直（鉛直含む）な面によって形成される基線（以下、「観測線」という。）上に設けられた方位点を、使用する方法とすることもできる。 The laser measurement method of the present invention may be a method of using an azimuth point provided on a base line (hereinafter referred to as “observation line”) formed by two substantially vertical (including vertical) surfaces. .
本願発明のレーザ計測方法は、標識を設置する工程（標識設置工程）をさらに備えた方法とすることもできる。この標識は、底板、及び２つの側板（レーザの反射面となる）を有しており、底板に対して略垂直（垂直含む）に配置された２つの側板が、その底板に固定された構造である。また、２つの側板は互いに略垂直（垂直含む）に配置され、しかもこれら２つの側板によって基線（観測線）が形成される。なお、標識設置工程では、２つの側板が略鉛直（鉛直含む）となる姿勢で標識が設置され、そして方位点は観測線上に設けられる。 The laser measurement method of the present invention may be a method further comprising a step of installing a marker (a marker installation step). This sign has a bottom plate and two side plates (which serve as a laser reflecting surface), and two side plates arranged substantially perpendicular (including vertical) to the bottom plate are fixed to the bottom plate. It is. Further, the two side plates are arranged substantially perpendicular to each other (including the vertical), and a base line (observation line) is formed by these two side plates. In the sign placing step, the sign is placed in a posture in which the two side plates are substantially vertical (including vertical), and the azimuth point is provided on the observation line.
本願発明のレーザ計測方法は、直線設定工程をさらに備えた方法とすることもできる。この直線設定工程では、参照点群を２組の点群に分け、各組の点群に基づいてそれぞれ直線が設定される。この場合、暫定方位点座標算出工程では、直線設定工程で設定された２直線の交点が暫定方位点座標として算出される。 The laser measurement method of the present invention may be a method further comprising a straight line setting step. In this straight line setting step, the reference point group is divided into two sets of point groups, and a straight line is set based on each set of point groups. In this case, in the provisional azimuth point coordinate calculating step, the intersection of the two straight lines set in the straight line setting step is calculated as the provisional azimuth point coordinates.
本願発明のレーザ計測用標識は、底板と、２つの側板（レーザの反射面となる）を有するものである。２つの側板は底板に対して略垂直（垂直含む）に配置され、その底板に固定される。また、２つの側板は互いに略垂直（垂直含む）に配置され、しかもこれら２つの側板によって基線（観測線）が形成される。 The laser measurement marker of the present invention has a bottom plate and two side plates (being a reflection surface of the laser). The two side plates are disposed substantially perpendicular (including vertical) to the bottom plate and are fixed to the bottom plate. Further, the two side plates are arranged substantially perpendicular to each other (including the vertical), and a base line (observation line) is formed by these two side plates.
本願発明のレーザ計測用標識は、底板に小孔が設けられたものとすることもできる。なお、この小孔の中心は、観測線の延長線上に位置している。 The laser measurement marker of the present invention may be one in which a small hole is provided in the bottom plate. The center of this small hole is located on the extended line of the observation line.
本願発明の座標算出プログラムは、位置座標が既知である基準点及び方位点に基づいて、レーザ計測による計測点群の位置座標を求めるプログラムであり、既知点座標読み出し処理と、計測点群読み出し処理、暫定座標算出処理、暫定方位点座標算出処理、確定座標算出処理を備えたものである。このうち既知点座標読み出し処理は、基準点と方位点の位置座標を読み出す処理であり、計測点群読み出し処理は、基準点に設置されたレーザ計測機械のレーザ掃射により得られた計測対象物の計測点群を読み出す処理である。暫定座標算出処理は、基準点を基準とする暫定座標系を設定し、この暫定座標系に基づいて計測点群に暫定座標を付与する処理である。参照点群抽出処理は、計測点群の中から方位点を求めるための参照点群を抽出する処理であり、暫定方位点座標算出処理は、参照点群に基づいて、暫定座標系における方位点の位置座標を暫定方位点座標として算出する処理である。そして確定座標算出処理は、基準点の位置座標、方位点の位置座標、及び暫定方位点座標に基づいて、暫定座標系を変換して確定座標系を得るとともに、計測点群に付与された暫定座標を確定座標系に変換する処理である。なお参照点群抽出処理では、基準点と方位点の比高差を照らし合わせて計測点群を間引く「比高差フィルタリング」、基準点と方位点の距離を照らし合わせて計測点群を間引く「距離フィルタリング」、及び基準点と方位点によって求められる方位を照らし合わせて計測点群を間引く「方位フィルタリング」によって参照点群が抽出される。 The coordinate calculation program of the present invention is a program for obtaining position coordinates of measurement point groups by laser measurement based on reference points and azimuth points whose position coordinates are known, known point coordinate read processing, and measurement point group read processing. , Provisional coordinate calculation processing, provisional azimuth point coordinate calculation processing, and confirmed coordinate calculation processing. Among these, the known point coordinate reading process is a process of reading the position coordinates of the reference point and the azimuth point, and the measurement point group reading process is a measurement object obtained by laser sweeping of a laser measuring machine installed at the reference point. This is a process of reading a measurement point group. The provisional coordinate calculation process is a process of setting a provisional coordinate system based on the reference point and assigning provisional coordinates to the measurement point group based on the provisional coordinate system. The reference point group extraction process is a process of extracting a reference point group for obtaining an azimuth point from the measurement point group, and the temporary azimuth point coordinate calculation process is based on the reference point group and the azimuth point in the temporary coordinate system. Is calculated as the temporary azimuth point coordinates. Then, the fixed coordinate calculation process obtains a fixed coordinate system by converting the temporary coordinate system based on the position coordinates of the reference point, the position coordinates of the azimuth point, and the temporary azimuth point coordinates, and the temporary coordinate given to the measurement point group This is a process for converting coordinates into a definite coordinate system. In the reference point group extraction process, `` specific height difference filtering '' that thins out the measurement point group by comparing the relative height difference between the reference point and the azimuth point, and thins out the measurement point group by comparing the distance between the reference point and the azimuth point. The reference point group is extracted by “distance filtering” and “azimuth filtering” that thins out the measurement point group by comparing the directions determined by the reference point and the azimuth point.
本願発明のレーザ計測方法、レーザ計測用標識、及び座標算出プログラムには、次のような効果がある。
（１）従来使用していた市松模様の標点や球形標点など特殊な標点を必要としないことから、製作や維持、設置手間にかかるコストを大幅に削減することができる。
（２）本願発明に必要な方位点は、２つの鉛直面が交差する直線上に設定することができるため、既設の様々な物が方位点として利用できる。その結果、特殊な準備を行うことなく手軽に計測することができる。
The laser measurement method, laser measurement marker, and coordinate calculation program of the present invention have the following effects.
(1) Since special marks such as checkered marks and spherical marks, which have been used in the past, are not required, manufacturing, maintenance and installation costs can be greatly reduced.
(2) Since the azimuth point necessary for the present invention can be set on a straight line where two vertical planes intersect, various existing objects can be used as the azimuth point. As a result, it can be easily measured without any special preparation.
本願発明のレーザ計測方法、レーザ計測用標識、及び座標算出プログラムの実施形態の一例を、図に基づいて説明する。なお本願発明は、大きく２つの段階に分けられる。１つは、現地で計測を行いそのデータを基に座標計算する「計測段階」、もう１つは、計測段階で得られた座標を基に地物の３次元モデルを作成する「モデル化段階」である。以下、計測段階とモデル化段階について順を追って説明する。 An example of an embodiment of a laser measurement method, a laser measurement marker, and a coordinate calculation program according to the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is roughly divided into two stages. One is a “measurement stage” in which measurements are performed on site and coordinates are calculated based on the data, and the other is a “modeling stage” in which a three-dimensional model of a feature is created based on the coordinates obtained in the measurement stage. Is. Hereinafter, the measurement stage and the modeling stage will be described in order.
１．計測段階
図１は、本願発明のうちの計測段階の主な処理の流れを示すフロー図であり、中央の列に実施する処理を示し、左列にはその処理に必要な入力情報を、右列にはその処理から生まれる出力情報を示している。このフロー図にしたがって、本願発明の計測段階について説明する。
1. Measurement Stage FIG. 1 is a flowchart showing the main processing flow in the measurement stage of the present invention, showing the processing to be performed in the center column, the left column showing input information necessary for the processing, The column shows output information generated from the processing. The measurement stage of the present invention will be described according to this flowchart.
（既知点の設置）
はじめに、基準点を設置し（Ｓｔｅｐ１０）、方位点を設定する（Ｓｔｅｐ２０）。基準点はレーザスキャナを設置する点であり、目的とする対象物をレーザ計測するのに都合がよい地点に設置される。一方、方位点は後述するように座標系を確定させるためのものであり、本願発明のため新たに設置することもできるし、既存の構造物等を利用して設定することもできる。基準点と方位点は、それぞれ位置座標を既知とする必要があり、トータルステーションや衛星観測システム（ＧＮＳＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）といった従来手法により事前に測量しておく。なお、ここで得られる基準点と方位点の位置座標は、平面座標値と高さからなる３次元座標であり、平面座標値とは緯度と経度あるいは直交座標系（Ｘ座標，Ｙ座標）で表されるものであって、高さとは標高など所定の基準水平面からの鉛直方向の距離を意味する。
(Installation of known points)
First, a reference point is set (Step 10), and an azimuth point is set (Step 20). The reference point is a point where a laser scanner is installed, and is set at a point convenient for laser measurement of the target object. On the other hand, the azimuth point is for determining the coordinate system as will be described later, and can be newly set for the present invention, or can be set using an existing structure or the like. The reference point and the azimuth point need to have known position coordinates, respectively, and are measured in advance by a conventional method such as a total station or a satellite observation system (GNSS: Global Navigation Satellite System). The position coordinates of the reference point and the azimuth point obtained here are three-dimensional coordinates composed of a plane coordinate value and a height, and the plane coordinate value is a latitude and longitude or an orthogonal coordinate system (X coordinate, Y coordinate). The height means a vertical distance from a predetermined reference horizontal plane such as an altitude.
図２は、ビルの角部に設定された方位点を示すモデル図である。この図に示すように方位点は、既設構造物を利用して設定することができる。特に、略直交（直交含む）する２面（図２では壁面）によって形成される線分（つまり２面が交差した隅角部の鉛直線）上に方位点を設定するとよい。なお、ここではこの線分（直線の一部）のことを便宜上「観測線」ということとする。図２では、観測線のうち最上端に方位点を設定しているが、もちろん最下端に設定しても、中間部に設定してもよい。 FIG. 2 is a model diagram showing azimuth points set at corners of a building. As shown in this figure, the bearing point can be set using an existing structure. In particular, the azimuth point may be set on a line segment formed by two substantially orthogonal (including orthogonal) surfaces (wall surfaces in FIG. 2) (that is, a vertical line at the corner where the two surfaces intersect). Here, this line segment (part of a straight line) is referred to as an “observation line” for convenience. In FIG. 2, the azimuth point is set at the uppermost end of the observation line, but of course, it may be set at the lowermost end or in the middle.
また、図２のような出隅状の２面交差に限らず、入隅状の２面交差の観測線上に方位点を設定することもできる。図３は、２面が入隅状に直交する標識１０であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は斜視図である。この図に示す標識１０を適切な位置に設置し、２面交差の観測線上に方位点を設定するわけである。
In addition, the azimuth point may be set on the observation line of the indented two-sided intersection as well as the two-sided intersection in the protruding corner shape as shown in FIG. 3A and 3B show the
さらに、三脚２０に設置することができる標識１０（以下、特に「三面標識１０Ｓ」という。）に方位点を設定することもできる。図４は、三脚２０に設置した三面標識１０Ｓを示す図であり、（ａ）はその側面図、（ｂ）は上方から見た平面図である。この図に示すように三面標識１０Ｓは、円形気泡管や整準ねじを具備する整準台３０を用いて、三脚２０に設置することができる。
Furthermore, it is possible to set an azimuth point on the
ここで、図５と図６を参照しながら三面標識１０Ｓの構造について詳しく説明する。図５は、三面標識１０Ｓを正面から見た斜視図であり、図６（ａ）は三面標識１０Ｓの断面図、そして図６（ｂ）は三面標識１０Ｓを上方から見た平面図である。図５に示すように三面標識１０Ｓは、底板１１Ｓ上に、２つの側板１２Ｓが固定された構造である。具体的には、図６（ａ）に示すように２つの側板１２Ｓが底板１１Ｓに対して略垂直（垂直含む）姿勢で配置され、さらに図６（ｂ）に示すように２つの側板１２Ｓが互いに略垂直（垂直含む）となるよう配置され、溶接等によって底板１１Ｓに固定される。なお、図示する底板１１Ｓは、２つの側板１２Ｓの配置にあわせたＬ形の形状としているが、これに限らず矩形や円形など種々の形状として設計することができる。
Here, the structure of the three-
また図５から分かるように、三面標識１０Ｓには、２つの側板１２Ｓによって観測線が形成されている。より詳しくは、２つの側板１２Ｓが当接（交差）しており、その当接部分に境界線（線分）、つまり観測線が形成されている。さらに底板１１Ｓには、整準台３０に取り付けるための小孔１３Ｓが設けられており、観測線を延長した線（図５に示す矢印）はこの小孔１３Ｓの中心点を貫いている。なお２つの側板１２Ｓは、独立した２枚の板を組み合わせたものとしてもよいし、１枚の板を折り曲げたものとしてもよい。また、小孔１３Ｓの形状は、図５に示す円形とすることもできるし、六角形や楕円など任意の形状を選択することもできる。
Further, as can be seen from FIG. 5, an observation line is formed by two
三面標識１０Ｓには、図５や図６（ａ）に示す切り欠き部１４Ｓを設けることもできる。三面標識１０Ｓを整準台３０に取り付ける際、整準台３０の一部（ねじやナット等）を収容できる空間を用意するのが、この切り欠き部１４Ｓである。したがって切り欠き部１４Ｓは、小孔１３Ｓの直上に設けるとよい。
The three-
次に、図４を参照しながら三面標識１０Ｓを利用した場合の方位点の設定（Ｓｔｅｐ２０）について詳しく説明する。まず、３次元座標が既知の点（ここでは、地面上に固定された測量鋲）に、トランシットやトータルステーションと同様、三脚２０を利用して水平姿勢を保ちながら整準台３０をセットする。そして、小孔１３Ｓに挿通した整準台３０の一部（例えば、ねじ）を利用して、三面標識１０Ｓを整準台３０に取り付ける（標識設置工程）。このとき、小孔１３Ｓの中心点と、測量鋲（座標既知点）の平面位置が一致するように、三面標識１０Ｓを取り付けるとよい。換言すれば、測量鋲が小孔１３Ｓの中心点の鉛直下方に位置するように、三面標識１０Ｓは設置される。さらに三面標識１０Ｓは、底板１１Ｓが略水平（水平含む）となる姿勢で、すなわち２つの側板１２Ｓが略鉛直（鉛直含む）となる姿勢で設置される。
Next, setting of an azimuth point (Step 20) when using the three-
三面標識１０Ｓが設置できると、三面標識１０Ｓに形成された観測線上の任意位置（図４（ａ）では最上端）に方位点を設定し、この方位点に３次元座標を与える。既述したとおり、また図４（ｂ）からも分かるように（この図では便宜上、底板１１Ｓを破線で示している）、整準台３０に取り付けられた三面標識１０Ｓの観測線（その平面位置）は、小孔１３Ｓの中心点と一致している。したがって、方位点の３次元座標のうち平面座標（Ｘ座標とＹ座標、あるいは緯度と経度）は、測量鋲の座標から得ることができる。一方、３次元座標のうち高さに関しては、図４（ａ）に示すように、測量鋲から方位点までの高さＨを計測し、この値を測量鋲の座標に加えることで得ることができる。
When the three-
なおここまでは、座標既知点である測量鋲の位置に三面標識１０Ｓを設置する場合で説明したが、座標既知点（測量鋲等）を利用することなく、三脚２０と整準台３０を用いて三面標識１０Ｓを任意の位置に設置し、その後に方位点を直接計測して３次元座標を付与することもできる。ただしこの場合も、２つの側板１２Ｓが略鉛直（鉛直含む）となる姿勢で三面標識１０Ｓを設置するとよい。
Up to this point, the description has been given of the case where the three-
（計測）
基準点の設置（Ｓｔｅｐ１０）や、方位点の設定（Ｓｔｅｐ２０）といった準備が整うと、実際に計測を行う。まず、トランシットやトータルステーションと同様、三脚を利用して水平姿勢を保ちながら、基準点に地上型レーザ計測用のレーザスキャナ（以下、「地上型レーザスキャナ」という。）を設置する（Ｓｔｅｐ３０）。このとき、基準点からレーザスキャナ計測中心までの高さ（以下、「機械高」という。）を測っておく。そして地上型レーザスキャナにより、レーザ計測を開始する（Ｓｔｅｐ４０）。既述のとおり地上型レーザスキャナは、鉛直面内（つまり水平軸周り）で回転して照射方向を変えながら、しかも水平面内（つまり鉛直軸周り）にも回転しながらレーザパルスを照射する。三面標識１０Ｓにレーザパルスが照射された場合は、主に２つの側板１２Ｓがレーザの反射面となる。
(measurement)
When preparations such as setting a reference point (Step 10) and setting an azimuth point (Step 20) are completed, the measurement is actually performed. First, as with the transit and the total station, a laser scanner for terrestrial laser measurement (hereinafter referred to as “terrestrial laser scanner”) is installed at a reference point while maintaining a horizontal posture using a tripod (Step 30). At this time, the height from the reference point to the laser scanner measurement center (hereinafter referred to as “machine height”) is measured. Then, laser measurement is started by the ground type laser scanner (Step 40). As described above, the terrestrial laser scanner irradiates the laser pulse while rotating in the vertical plane (that is, around the horizontal axis) and changing the irradiation direction, and also rotating in the horizontal plane (that is, around the vertical axis). When the laser pulse is applied to the three-
一方で、基準点を中心とした方位（例えば北）を、コンパス等を利用して計測する（Ｓｔｅｐ５０）。このときの方位は、正確な計測による必要はなく、概略の方位が把握できればよい。したがって、地上型レーザスキャナに内蔵されたセンサ（電子コンパス等）によって得られる概略の方位を用いることもできる。 On the other hand, the azimuth | direction (for example, north) centering on a reference point is measured using a compass etc. (Step50). The azimuth at this time does not need to be measured accurately, and it is only necessary to be able to grasp a rough azimuth. Therefore, it is possible to use a rough direction obtained by a sensor (electronic compass or the like) built in the terrestrial laser scanner.
（暫定座標系と暫定座標）
基準点を中心とした方位が把握できると、基準点を基準とする３次元の座標系を設定する（Ｓｔｅｐ６０）。例えば、基準点を座標原点とし、南北方向、東西方向、鉛直方向を３軸とする座標系を設定する。あるいはレーザスキャナ計測中心を座標原点とする座標系を設定してもよい。この暫定座標系の設定も、地上型レーザスキャナが内蔵する計算機で処理することができる。なお、得られた方位は概略の値であることから、ここで設定される座標系は「暫定座標系」ということとする。
(Provisional coordinate system and provisional coordinates)
If the azimuth | direction centering on a reference point can be grasped | ascertained, the three-dimensional coordinate system on the basis of a reference point will be set (Step60). For example, a coordinate system is set with the reference point as the coordinate origin and the north-south direction, the east-west direction, and the vertical direction as three axes. Or you may set the coordinate system which makes a laser scanner measurement center a coordinate origin. This provisional coordinate system setting can also be processed by a computer built in the terrestrial laser scanner. Since the obtained orientation is an approximate value, the coordinate system set here is referred to as a “provisional coordinate system”.
レーザパルスの反射信号を受けた地上型レーザスキャナは、設定された暫定座標系に基づいて、レーザパルスの照射点（反射点）の位置座標を計算する（Ｓｔｅｐ７０）。ここで求めた位置座標は暫定座標系上のものであることから、「暫定座標」ということとする。 Upon receiving the reflection signal of the laser pulse, the terrestrial laser scanner calculates the position coordinates of the irradiation point (reflection point) of the laser pulse based on the set provisional coordinate system (Step 70). Since the position coordinates obtained here are on the provisional coordinate system, they are referred to as “provisional coordinates”.
ここまでの処理（Ｓｔｅｐ１０〜Ｓｔｅｐ７０）はレーザ計測を行う現地でのものであり、ここから説明する処理は主にコンピュータを使用することから事務所など屋内で行うことができる。もちろん、現地にて引き続き処理してもよい。
The processing so far (
（フィルタリングと参照点群）
計測点群の暫定座標に基づいて方位点を算出するため、まずは参照点群を抽出する（Ｓｔｅｐ８０）。レーザ計測で得られた多数の計測点をすべて使用して方位点を求めると、相当の計算時間を要することとなる。そこで、多数の計測点のうち方位点算出に役立つもの、すなわち方位点周辺の計測点を「参照点群」として選出し、限られた数の計測点によって方位点を求めることで、計算時間の短縮を図るわけである。
(Filtering and reference points)
In order to calculate an azimuth point based on provisional coordinates of the measurement point group, first, a reference point group is extracted (Step 80). If all the measurement points obtained by laser measurement are used to obtain the azimuth point, a considerable calculation time is required. Therefore, among the many measurement points, those that are useful for calculating the azimuth point, that is, the measurement points around the azimuth point are selected as the “reference point group”, and the azimuth point is obtained by a limited number of measurement points, thereby reducing the calculation time. This is to shorten it.
計測点群から参照点群を抽出するということは、言い換えれば計測点群から不要な計測点をふるい落とす（間引く）ことであり、ここではこの処理をフィルタリングということとする。本願発明では、比高差フィルタリングと、距離フィルタリング、方位フィルタリングの３種類のフィルタリングが用意される。以下、それぞれ詳しく説明する。 Extracting the reference point group from the measurement point group means, in other words, filtering out unnecessary measurement points from the measurement point group (thinning out), and here, this processing is referred to as filtering. In the present invention, three types of filtering are prepared: specific height difference filtering, distance filtering, and azimuth filtering. Each will be described in detail below.
比高差フィルタリングは、暫定座標が所定高さである計測点のみを抽出する処理である。基準点と方位点の座標が既知であり、機械高も得られていることから、暫定座標系における方位点の高さ（Ｚ軸座標）を計算することができる。例えば、レーザスキャナ計測中心を暫定座標系の座標原点とした場合、既知座標に基づいて求められる基準点と方位点の比高差から、機械高を減じた値が、暫定座標系における方位点の高さとなる。したがって、暫定座標系における方位点の高さ周辺にある計測点、例えば標高閾値内にある計測点（最も高い標高と最も低い標高の間など）を抽出することができる。 Specific height difference filtering is a process of extracting only measurement points whose provisional coordinates have a predetermined height. Since the coordinates of the reference point and the azimuth point are known and the machine height is obtained, the height of the azimuth point (Z-axis coordinate) in the provisional coordinate system can be calculated. For example, when the laser scanner measurement center is the coordinate origin of the provisional coordinate system, the value obtained by subtracting the machine height from the relative height difference between the reference point and the orientation point obtained based on the known coordinates is the azimuth point in the provisional coordinate system. It becomes height. Therefore, it is possible to extract measurement points around the height of the azimuth point in the provisional coordinate system, for example, measurement points within the elevation threshold (between the highest elevation and the lowest elevation).
距離フィルタリングは、基準点から所定距離にある計測点のみを抽出する処理である。基準点と方位点の座標が既知であることから、基準点と方位点間の距離を求めることができる。したがって、暫定座標系における基準点（例えば座標原点）から所定距離にある計測点を抽出することができる。この所定距離は、最小値と最大値を定めるなどある程度範囲（バッファ）を持って設定するとよい。 Distance filtering is a process of extracting only measurement points that are at a predetermined distance from the reference point. Since the coordinates of the reference point and the azimuth point are known, the distance between the reference point and the azimuth point can be obtained. Therefore, a measurement point at a predetermined distance from a reference point (for example, the coordinate origin) in the provisional coordinate system can be extracted. The predetermined distance may be set with a certain range (buffer) such as determining a minimum value and a maximum value.
方位フィルタリングは、基準点から所定方向にある計測点のみを抽出する処理である。基準点と方位点の座標が既知であることから、基準点と方位点を結んだ方向（ベクトル）を求めることができる。したがって、暫定座標系における基準点（例えば座標原点）から所定方向にある計測点を抽出することができる。この所定方向も、最小値と最大値を定めるなどある程度範囲（バッファ）を持って設定するとよい。 Orientation filtering is a process of extracting only measurement points in a predetermined direction from a reference point. Since the coordinates of the reference point and the azimuth point are known, the direction (vector) connecting the reference point and the azimuth point can be obtained. Therefore, a measurement point in a predetermined direction can be extracted from a reference point (for example, the coordinate origin) in the provisional coordinate system. This predetermined direction may also be set with a certain range (buffer) such as setting a minimum value and a maximum value.
３種類のフィルタリングを行うにあたってはどの順を選択してもよいが、フィルタリングで残された計測点を対象として次のフィルタリング処理を行うこととし、徐々に計測点を絞り込んでいく。例えば、計測点群に対して比高差フィルタリングを行って計測点を絞り込み、この絞り込まれた計測点を対象に距離フィルタリングが行われ、ここで抽出された計測点に対してさらに方位フィルタリングが行われ、参照点群が抽出される。 Any order may be selected when performing the three types of filtering, but the next filtering process is performed on the measurement points left by filtering, and the measurement points are gradually narrowed down. For example, the measurement points are narrowed down by performing relative height difference filtering on the measurement point group, distance filtering is performed on the narrowed measurement points, and direction filtering is further performed on the extracted measurement points. The reference point group is extracted.
（暫定方位点座標の算出）
３種類のフィルタリングを経て抽出された参照点群は、比高差フィルタリングを経ていることから概ね平面上に点在している。特に、観測線（２面交差の直線）上に方位点を設定した場合、計測点群（つまり参照点群）は２面（三面標識１０Ｓであれば２つの側板１２Ｓ）のうちいずれかに反射することから、参照点群は概ね２つの直線付近に点在することとなる。図７は、２直線付近に点在する参照点群を示す平面図である。この２直線の交点が、つまり方位点の位置と考えられるわけである。
(Calculation of temporary bearing point coordinates)
The reference point group extracted through the three types of filtering is scattered on a plane almost because it has passed the differential height filtering. In particular, when an azimuth point is set on an observation line (a straight line intersecting two surfaces), a measurement point group (that is, a reference point group) is reflected on one of two surfaces (two
そこで、この２直線を設定し（Ｓｔｅｐ９０）、方位点として交点座標を求める（Ｓｔｅｐ１００）。具体的には、まず参照点群を２つのグループに分け、次にそれぞれのグループで回帰直線を求め、暫定座標系における直線式として算出される。暫定座標系上での２直線が特定できれば、この２直線の交点座標を計算し、暫定座標系上における方位点の座標（以下、「暫定方位点座標」という。）として求める。なお、ここで設定する２直線は３次元空間での直線式であるから、必ずしも交差するとは限らない。したがって、２直線がもっとも近づく位置を交点とみなすとよい。あるいは、あらかじめ定めた平面（例えば水平面）上で、回帰直線を設定することとしてもよい。 Therefore, these two straight lines are set (Step 90), and the intersection coordinates are obtained as azimuth points (Step 100). Specifically, first, the reference point group is divided into two groups, then a regression line is obtained for each group, and is calculated as a linear expression in the provisional coordinate system. If two straight lines on the provisional coordinate system can be specified, the intersection coordinates of the two straight lines are calculated and obtained as the coordinates of the azimuth point on the provisional coordinate system (hereinafter referred to as “provisional azimuth point coordinates”). Note that the two straight lines set here are straight lines in a three-dimensional space, and therefore do not necessarily intersect. Therefore, it is good to regard the position where the two straight lines are closest to each other as an intersection. Alternatively, a regression line may be set on a predetermined plane (for example, a horizontal plane).
（確定座標系と確定座標）
ところで、方位点は実際には絶対座標系（例えば世界測地系）における既知点であり、同じく絶対座標系における既知点である基準点との関係から、方位点を暫定座標系に配置することができる。つまり暫定座標系において、既述した２直線の交点から求める方位点（以下、便宜上「算出方位点」という。）と、基準点との関係から配置される方位点（以下、便宜上「変換方位点」という。）の２種類で方位点を表すことができる。本来、算出方位点と変換方位点は一致するはずであるが、方位を概略の値としたことから、あるいは計測誤差が原因で、両者は一致しない場合がある。
(Determined coordinate system and definite coordinates)
By the way, the azimuth point is actually a known point in the absolute coordinate system (for example, the world geodetic system), and the azimuth point may be arranged in the temporary coordinate system from the relationship with the reference point that is also a known point in the absolute coordinate system. it can. That is, in the provisional coordinate system, the azimuth point obtained from the intersection of the two straight lines described above (hereinafter referred to as “calculated azimuth point” for convenience) and the azimuth point arranged from the relationship with the reference point (hereinafter referred to as “conversion azimuth point for convenience”). ")") Can be used to represent an azimuth point. Originally, the calculated azimuth point and the converted azimuth point should match, but the two may not match because the azimuth is an approximate value or due to a measurement error.
図８は、基準点（あるいはレーザスキャナ計測中心）を座標原点とする暫定座標系のＸ−Ｙに、配置された算出方位点と変換方位点を示すモデル図である。基準点から方位点に向かう方向（ベクトル）は、本来、基準点から変換方位点に向かうベクトルであるべきところ、基準点から算出方位点に向かうベクトルは異なる方向に向かっている。つまり、両者の方向の差から生じる回転角φが、正しい座標系と暫定座標系のずれであり、言い換えれば暫定座標系を回転角φだけ回転すると正しい座標系となる。したがって、暫定座標系を回転変換して正しい座標系（以下、「確定座標系」という。）を求め（Ｓｔｅｐ１１０）、この確定座標に基づいてレーザ計測で得られた計測点群の暫定座標の座標変換を行い、変換後の座標を「確定座標」として取得する（Ｓｔｅｐ１２０）。 FIG. 8 is a model diagram showing calculated azimuth points and conversion azimuth points arranged in the XY of the provisional coordinate system with the reference point (or laser scanner measurement center) as the coordinate origin. The direction (vector) from the reference point to the azimuth point should originally be a vector from the reference point to the conversion azimuth point, but the vector from the reference point to the calculated azimuth point is in a different direction. That is, the rotation angle φ resulting from the difference between the two directions is a deviation between the correct coordinate system and the temporary coordinate system. In other words, when the temporary coordinate system is rotated by the rotation angle φ, the correct coordinate system is obtained. Accordingly, the provisional coordinate system is rotationally transformed to obtain a correct coordinate system (hereinafter referred to as “determined coordinate system”) (Step 110), and the coordinates of the provisional coordinates of the measurement point group obtained by laser measurement based on the determined coordinates. Conversion is performed, and the coordinates after conversion are acquired as “determined coordinates” (Step 120).
なお既述のとおり地上型レーザ計測では、Ｘ軸―Ｙ軸―Ｚ軸からなる３次元座標軸のうち、水平面が把握できることからＺ軸は特定できるが、水平面内におけるＸ軸―Ｙ軸の向きが特定できない。したがって、ここで行う座標系の変換は、水平面に配置される２軸（例えばＸ軸−Ｙ軸）のみを回転させる。つまり図８で求められる回転角φは、Ｘ座標とＹ座標のみを使用しており、Ｚ座標は用いていない。 As described above, in the terrestrial laser measurement, among the three-dimensional coordinate axes consisting of the X axis, the Y axis, and the Z axis, the Z plane can be identified because the horizontal plane can be grasped, but the direction of the X axis—Y axis in the horizontal plane is It can not be identified. Therefore, the transformation of the coordinate system performed here rotates only two axes (for example, X axis-Y axis) arranged on the horizontal plane. That is, the rotation angle φ obtained in FIG. 8 uses only the X coordinate and the Y coordinate, and does not use the Z coordinate.
また、図８から分かるように、算出方位点と変換方位点は、基準点からの方向が異なるだけではなく、基準点からの距離も異なる場合がある。つまり、座標系を変換するに当たっては、座標系の回転変換のみならず、ヘルマート変換やアフィン変換といった平面を変形する変換手法も考えられる。もちろんこのような変換手法を使用することもできるが、地上型レーザ計測の性質上、平面を変形しない単なる回転変換とする方が良い結果が得られる。 Further, as can be seen from FIG. 8, the calculated azimuth point and the converted azimuth point are not only different in the direction from the reference point, but may be different in distance from the reference point. That is, when transforming the coordinate system, not only the rotation transformation of the coordinate system but also a transformation method that deforms the plane such as Helmat transformation or affine transformation is conceivable. Of course, such a conversion method can also be used, but because of the nature of ground-type laser measurement, a better result can be obtained by simple rotation conversion without deforming the plane.
２．モデル化段階
図９は、本願発明のうちのモデル化段階の主な処理の流れを示すフロー図であり、中央の列に実施する処理を示し、左列にはその処理に必要な入力情報を、右列にはその処理から生まれる出力情報を示している。このフロー図にしたがって、本願発明のモデル化段階について説明する。なお、モデル化段階の各処理はコンピュータを使用して実行されるものであり、ここで説明する処理は、具体的にはコンピュータに実行させるためのプログラムを構成する機能である。
2. Modeling Stage FIG. 9 is a flowchart showing the main processing flow in the modeling stage of the present invention, showing the processing performed in the center column, and the left column showing the input information necessary for the processing. The right column shows output information generated from the processing. The modeling stage of the present invention will be described with reference to this flowchart. Each process in the modeling stage is executed using a computer, and the process described here is specifically a function constituting a program to be executed by the computer.
（構成断面の設定）
はじめに、計測点群記憶手段から、ここで記憶されている計測点群とその確定座標を読み出す（Ｓｔｅｐ１３０）。ここで読み出した計測点群は、当然ながら３軸からなる確定座標系に配置することができる。ここでは便宜上、確定座標系の３軸を、Ｘ軸−Ｙ軸−Ｚ軸の場合で説明する。
(Configuration cross section setting)
First, the measurement point group stored here and its definite coordinates are read from the measurement point group storage means (Step 130). The measurement point group read out here can of course be arranged in a definite coordinate system composed of three axes. Here, for the sake of convenience, the three axes of the definite coordinate system will be described in the case of X axis-Y axis-Z axis.
本願発明では、モデル化を行うに当たって「構成断面」を設定する（Ｓｔｅｐ１４０）のが１つの特徴となっている。図１０は、３軸からなる確定座標系に配置された計測点群と構成断面を示すモデル図である。なお、この図に示す計測点群は、例えば図２に示すようなオフィスビルをレーザ計測して得られたものである。図１０に示すように構成断面は、座標軸（この図ではＺ軸）に直交する平面である。つまり構成断面は３方向で設定することができ、便宜上ここでは、Ｘ軸に直交する構成断面を「Ｘ軸構成断面」と、Ｙ軸に直交する構成断面を「Ｙ軸構成断面」、Ｚ軸に直交する構成断面を「Ｚ軸構成断面」ということとする。 In the present invention, one of the features is that “structural section” is set (Step 140) in modeling. FIG. 10 is a model diagram showing measurement point groups and constituent sections arranged in a definite coordinate system including three axes. The measurement point group shown in this figure is obtained by laser measurement of an office building as shown in FIG. 2, for example. As shown in FIG. 10, the configuration cross section is a plane orthogonal to the coordinate axis (Z axis in this figure). That is, the configuration cross section can be set in three directions. For convenience, the configuration cross section orthogonal to the X axis is “X axis configuration cross section”, the configuration cross section orthogonal to the Y axis is “Y axis configuration cross section”, and the Z axis. A cross section perpendicular to the Z axis is referred to as a “Z-axis cross section”.
構成断面は、１つの軸に対して２以上が設定される。例えば図１０では、４つのＺ軸構成断面が設定されている。なお、２以上の構成断面は、一定間隔で複数設定すると良いが、モデル化する対象に応じて不等間隔で２以上の構成断面を設定することもできる。またモデル化を行うに当たって、１種類（例えば、Ｚ軸構成断面のみ）の構成断面を設定することもできるが、２種類（例えば、Ｙ軸構成断面とＺ軸構成断面）の構成断面を設定することもできるし、３種類すべての構成断面を設定することもできる。 Two or more constituent sections are set for one axis. For example, in FIG. 10, four Z-axis configuration cross sections are set. In addition, although it is good to set two or more structural cross sections at fixed intervals, it is also possible to set two or more structural cross sections at unequal intervals according to the object to be modeled. In modeling, one type of cross section (for example, only the Z-axis cross section) can be set, but two types of cross sections (for example, the Y-axis cross section and the Z-axis cross section) are set. It is also possible to set all three types of cross sections.
（セグメント点群）
構成断面が設定できると、次にセグメント点群を設定する（Ｓｔｅｐ１５０）。図１１は、３軸からなる確定座標系に配置されセグメント点群と構成断面を示すモデル図である。この図に示すようにセグメント点群は、確定座標系に配置した計測点群のうち構成断面の周辺にあるものが抽出されて設定される。具体的には、構成断面から閾値距離以内にある計測点を抽出してセグメント点群を設定する。したがって、それぞれの構成断面でセグメント点群は設定され、言い換えれば、セグメント点群と構成断面は紐付けられているわけである。
(Segment point cloud)
If the configuration cross section can be set, then a segment point group is set (Step 150). FIG. 11 is a model diagram showing segment point groups and constituent cross sections arranged in a definite coordinate system including three axes. As shown in this figure, the segment point group is extracted and set from the measurement point group arranged in the definite coordinate system around the constituent cross section. Specifically, measurement points within a threshold distance from the configuration cross section are extracted to set a segment point group. Therefore, the segment point group is set in each constituent cross section, in other words, the segment point group and the constituent cross section are linked.
（ラインデータ）
セグメント点群が設定できると、ラインデータを生成する（Ｓｔｅｐ１６０）。図１２は、セグメント点群に基づいて生成されたラインデータを示すモデル図である。本願発明は、計測対象物の外周線を「ラインデータ」として求め、複数のラインデータから構成される３次元形状を計測対象物の３次元モデルとすることを特徴としている。図１１に示すセグメント点群は、ある程度、計測対象物の輪郭は想定できるものの、３次モデルを作成できるほどシャープではない。そこで、セグメント点群に基づくラインデータを生成するわけである。
(Line data)
When the segment point group can be set, line data is generated (Step 160). FIG. 12 is a model diagram showing line data generated based on the segment point group. The invention of the present application is characterized in that a peripheral line of a measurement object is obtained as “line data” and a three-dimensional shape composed of a plurality of line data is used as a three-dimensional model of the measurement object. Although the segment point group shown in FIG. 11 can assume the outline of the measurement object to some extent, it is not sharp enough to create a tertiary model. Therefore, line data based on the segment point group is generated.
ラインデータは、平面（例えば構成断面）上に配置される複数の線分で形成されるデータであり、セグメント点群に基づいて生成される。したがって、セグメント点群ごとにラインデータは生成され、つまりラインデータも構成断面は紐付けられている。ラインデータは、いくつかの手法で生成することができる。例えば、セグメント点群のうち任意の１点を「起点」として指定し、その周辺（例えば最も近い点）の点を「ライン構成点」として抽出して連結し、これを繰り返し行うことでラインデータを生成することができる。このとき、起点から連結していく方向をあらかじめ定めておくこともできる。また、起点の指定は、オペレータ操作によって行うこともできるし、あらかじめ定めたルール（例えばＸ座標最小値など）にしたがって自動的に指定することもできる。 The line data is data formed by a plurality of line segments arranged on a plane (for example, a structural section), and is generated based on the segment point group. Therefore, line data is generated for each segment point group, that is, the line data is also associated with the constituent cross sections. Line data can be generated in several ways. For example, any one point in the segment point group is designated as the “starting point”, the points around it (for example, the nearest point) are extracted and connected as “line constituent points”, and this is repeated to perform line data. Can be generated. At this time, the direction of connection from the starting point can be determined in advance. The starting point can be specified by an operator operation, or can be automatically specified according to a predetermined rule (for example, the X coordinate minimum value).
また、セグメント点群をあらかじめ構成断面上に投影したうえで、ラインデータを生成することができる。具体的には、構成断面上に投影された計測点群（以下、単に「投影点」という。）のうち任意の１点を「起点」として指定し、その周辺の点をライン構成点としていく。この場合、ライン構成点として選出された投影点は、次のライン構成点を選出する当投影点からは除くと良い。つまり、順次ライン構成点を減じていき、徐々にライン構成点の選出時間を短縮するわけである。 Further, the line data can be generated after the segment point group is projected onto the constituent cross section in advance. Specifically, one arbitrary point is designated as the “starting point” in the measurement point group (hereinafter simply referred to as “projection point”) projected on the constituent cross section, and the surrounding points are set as line constituent points. . In this case, the projection point selected as the line composing point may be excluded from the projection point from which the next line composing point is selected. That is, the line composing points are sequentially reduced, and the line composing point selection time is gradually shortened.
起点から順次連結していきながらラインデータを生成する手法に変えて、セグメント点群の配置形状から所定のラインを推定することでラインデータを生成することもできる。この場合、従来から用いられているハフ変換といった変換処理技術を採用することができる。またこの場合も、計測点群が構成断面上に投影された投影点の配置形状からでラインデータを生成することもできる。 The line data can also be generated by estimating a predetermined line from the arrangement shape of the segment point group, instead of the method of generating the line data while sequentially connecting from the starting point. In this case, a conversion processing technique such as a conventionally used Hough conversion can be employed. Also in this case, line data can also be generated from the arrangement shape of the projection points in which the measurement point group is projected on the configuration cross section.
（３次元モデル）
ラインデータが生成できると、計測対象物の３次元モデルを作成する。まずは、複数のラインデータを重ね合わせるように配置し（Ｓｔｅｐ１７０）、そこから複数の外形面を推定し（Ｓｔｅｐ１８０）、さらにこの外形面に基づいて３次元モデルを作成する（Ｓｔｅｐ１９０）。
(3D model)
When the line data can be generated, a three-dimensional model of the measurement object is created. First, a plurality of line data are arranged so as to overlap (Step 170), a plurality of outer surfaces are estimated therefrom (Step 180), and a three-dimensional model is created based on these outer surfaces (Step 190).
ところで、既述のとおりセグメント点群は構成断面ごとに設定され、ラインデータはりセグメント点群ごとに生成される。つまり、ラインデータは、構成断面の数だけ生成されるわけである。また構成断面は、３種類すべて（つまり３軸に対して）の設定することもできるし、１種類のみ設定できると述べた。したがって、ラインデータもＺ軸に直交するものだけが生成されることもあるし、３軸すべてに直交するラインデータ（つまり３軸方向のラインデータ）が生成されることもある。図１３（ａ）は、Ｚ軸構成断面に基づいて生成されたラインデータを示すモデル図であり、図１３（ｂ）は、そのラインデータから作成された３次元モデルを示すモデル図である。一方、図１４（ａ）は、Ｙ軸構成断面に基づいて生成されたラインデータを示すモデル図であり、図１４（ｂ）は、そのラインデータから作成された３次元モデルを示すモデル図である。 By the way, as described above, the segment point group is set for each constituent section, and the line data is generated for each segment point group. That is, the line data is generated by the number of constituent cross sections. Also, it has been stated that all three types of cross sections (that is, with respect to three axes) can be set, or only one type can be set. Accordingly, only line data that is orthogonal to the Z axis may be generated, or line data that is orthogonal to all three axes (that is, line data in three axis directions) may be generated. FIG. 13A is a model diagram showing line data generated based on the Z-axis configuration cross section, and FIG. 13B is a model diagram showing a three-dimensional model created from the line data. On the other hand, FIG. 14A is a model diagram showing line data generated based on the Y-axis configuration cross section, and FIG. 14B is a model diagram showing a three-dimensional model created from the line data. is there.
図１３（ｂ）や図１４（ｂ）に示すように、複数のラインデータは所定位置（例えば、構成断面の位置）に配置され、複数のラインデータによっていくつかの「面」が設定され、この面に基づいて計測対象物の３次元モデルが作成される。もちろん、図１３や図１４のように、１種類の構成断面からなるラインデータで３次元モデルを作成することもできるし、２種類の構成断面からなるラインデータから作成することもできるし、３種類の構成断面からなるラインデータから作成することもできる。 As shown in FIG. 13 (b) and FIG. 14 (b), a plurality of line data is arranged at a predetermined position (for example, the position of the configuration cross section), and several “surfaces” are set by the plurality of line data, Based on this surface, a three-dimensional model of the measurement object is created. Of course, as shown in FIG. 13 and FIG. 14, a three-dimensional model can be created from line data consisting of one type of cross section, or from line data consisting of two types of cross sections. It can also be created from line data consisting of various types of structural sections.
本願発明のレーザ計測方法、レーザ計測用標識、及び座標算出プログラムは、地上で計測する地上型レーザ計測や、上空からの航空レーザ計測で利用することができる。また、屋外にある対象物のほか、屋内の対象物を計測する際にも利用することができる。 The laser measurement method, the laser measurement marker, and the coordinate calculation program of the present invention can be used for ground-type laser measurement on the ground and aerial laser measurement from the sky. Moreover, it can utilize also when measuring the indoor target object besides the outdoor target object.
１０ 標識
１０Ｓ 三面標識
１１Ｓ （三面標識の）底板
１２Ｓ （三面標識の）側板
１３Ｓ （三面標識の）小孔
１４Ｓ （三面標識の）切り欠き部
２０ 三脚
３０ 整準台
10
Claims (8)
前記基準点にレーザ計測機械を設置する機械設置工程と、
前記レーザ計測機械からレーザを掃射することで、計測対象物の計測点群を得る計測工程と、
前記基準点を基準とする暫定座標系を設定し、該暫定座標系に基づいて計測点群に暫定座標を付与する暫定座標算出工程と、
計測点群の中から、前記方位点を求めるための参照点群を抽出する参照点群抽出工程と、
前記参照点群に基づいて、前記暫定座標系における前記方位点の位置座標を暫定方位点座標として算出する暫定方位点座標算出工程と、
前記基準点の位置座標及び前記方位点の位置座標、並びに前記暫定方位点座標に基づいて、前記暫定座標系を変換して確定座標系を得るとともに、計測点群に付与された前記暫定座標を該確定座標系に変換する確定座標算出工程と、を備え、
前記参照点群抽出工程では、前記基準点と前記方位点の比高差を照らし合わせて計測点群を間引く比高差フィルタリング、前記基準点と前記方位点の距離を照らし合わせて計測点群を間引く距離フィルタリング、及び前記基準点と前記方位点によって求められる方位を照らし合わせて計測点群を間引く方位フィルタリングによって、前記参照点群が抽出される、ことを特徴とするレーザ計測方法。 In the laser measurement method for obtaining the position coordinates of the measurement point group obtained by performing the laser measurement based on the reference point and the azimuth point whose position coordinates are known,
A machine installation step of installing a laser measuring machine at the reference point;
A measurement step of obtaining a measurement point group of a measurement object by sweeping a laser from the laser measurement machine,
A provisional coordinate calculation step of setting a provisional coordinate system based on the reference point and assigning provisional coordinates to the measurement point group based on the provisional coordinate system;
A reference point group extraction step of extracting a reference point group for obtaining the azimuth point from the measurement point group; and
Based on the reference point group, a provisional azimuth point coordinate calculating step for calculating a position coordinate of the azimuth point in the provisional coordinate system as a provisional azimuth point coordinate;
Based on the position coordinates of the reference point, the position coordinates of the azimuth point, and the provisional azimuth point coordinates, the provisional coordinate system is converted to obtain a definite coordinate system, and the provisional coordinates assigned to the measurement point group are A fixed coordinate calculation step for converting to the fixed coordinate system,
In the reference point group extraction step, a relative height difference filtering that thins out the measurement point group by comparing the relative height difference between the reference point and the bearing point, and a measurement point group by comparing the distance between the reference point and the bearing point. The laser measurement method according to claim 1, wherein the reference point group is extracted by thinning distance filtering and azimuth filtering that thins out the measurement point group by comparing azimuths determined by the reference point and the azimuth point.
前記暫定座標算出工程では、方位計測工程で計測された方位と前記基準点に基づいて暫定座標系を設定する、ことを特徴とする請求項１のレーザ計測方法。 Further comprising an azimuth measuring step for measuring an azimuth based on the reference point,
The laser measurement method according to claim 1, wherein, in the provisional coordinate calculation step, a provisional coordinate system is set based on the azimuth measured in the azimuth measurement step and the reference point.
前記標識は、底板、及びレーザの反射面となる２つの側板を有し、該２つの側板は該底板に対して垂直又は略垂直に配置されて該底板に固定されるとともに、該２つの側板が互いに垂直又は略垂直に配置され、かつ該２つの側板によって観測線が形成される構造であり、
前記標識設置工程では、前記２つの側板が鉛直又は略鉛直となる姿勢で、前記標識が設置され、
前記方位点が、前記観測線上に設けられた、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のレーザ計測方法。 A sign installation process for installing a sign is further provided,
The sign has a bottom plate and two side plates serving as laser reflecting surfaces. The two side plates are arranged perpendicular to or substantially perpendicular to the bottom plate and fixed to the bottom plate, and the two side plates Are arranged vertically or substantially perpendicular to each other, and an observation line is formed by the two side plates,
In the sign installation step, the sign is installed in a posture in which the two side plates are vertical or substantially vertical,
The laser measurement method according to claim 1, wherein the azimuth point is provided on the observation line.
前記暫定方位点座標算出工程では、前記直線設定工程で設定された２直線の交点を暫定方位点座標として算出する、ことを特徴とする請求項３又は請求項４記載のレーザ計測方法。 The reference point group is further divided into two sets of point groups, and a straight line setting step of setting a straight line based on each set of point groups is further provided,
5. The laser measurement method according to claim 3, wherein, in the temporary azimuth point coordinate calculating step, an intersection of two straight lines set in the straight line setting step is calculated as a temporary azimuth point coordinate.
底板、及びレーザの反射面となる２つの側板を有し、
前記２つの側板は前記底板に対して垂直又は略垂直に配置されて、該底板に固定され、
さらに前記２つの側板は、互いに垂直又は略垂直に配置されるとともに、該２つの側板によって観測線が形成される、ことを特徴とするレーザ計測用標識。 A marker for setting the azimuth point used in a laser measurement method for obtaining the position coordinates of a measurement point group obtained by performing laser measurement based on a reference point and an azimuth point whose position coordinates are known,
It has two side plates that serve as a bottom plate and a laser reflecting surface,
The two side plates are arranged perpendicularly or substantially perpendicular to the bottom plate and fixed to the bottom plate,
Further, the two side plates are arranged perpendicularly or substantially perpendicular to each other, and an observation line is formed by the two side plates.
前記小孔の中心が、前記観測線の延長線上にある、ことを特徴とする請求項６記載のレーザ計測用標識。 A small hole is provided in the bottom plate,
The laser measurement marker according to claim 6, wherein the center of the small hole is on an extension line of the observation line.
前記基準点及び前記方位点の位置座標を、読み出す既知点座標読み出し処理と、
前記基準点に設置されたレーザ計測機械がレーザ掃射した結果、取得された計測対象物の計測点群を、読み出す計測点群読み出し処理と、
前記基準点を基準とする暫定座標系を設定し、該暫定座標系に基づいて計測点群に暫定座標を付与する暫定座標算出処理と、
計測点群の中から、前記方位点を求めるための参照点群を抽出する参照点群抽出処理と、
前記参照点群に基づいて、前記暫定座標系における前記方位点の位置座標を暫定方位点座標として算出する暫定方位点座標算出処理と、
前記基準点の位置座標及び前記方位点の位置座標、並びに前記暫定方位点座標に基づいて、前記暫定座標系を変換して確定座標系を得るとともに、計測点群に付与された前記暫定座標を該確定座標系に変換する確定座標算出処理と、をコンピュータに実行させる機能を備え、
前記参照点群抽出処理では、前記基準点と前記方位点の比高差を照らし合わせて計測点群を間引く比高差フィルタリング、前記基準点と前記方位点の距離を照らし合わせて計測点群を間引く距離フィルタリング、及び前記基準点と前記方位点によって求められる方位を照らし合わせて計測点群を間引く方位フィルタリングによって、前記参照点群が抽出される、ことを特徴とする座標算出プログラム。 In the coordinate calculation program for obtaining the position coordinates of the measurement point group obtained by performing the laser measurement based on the reference point and the azimuth point whose position coordinates are known,
A known point coordinate reading process for reading the position coordinates of the reference point and the azimuth point;
As a result of the laser scanning performed by the laser measuring machine installed at the reference point, a measurement point group reading process for reading out the measurement point group of the acquired measurement object; and
A provisional coordinate calculation process for setting a provisional coordinate system based on the reference point and assigning provisional coordinates to the measurement point group based on the provisional coordinate system;
A reference point group extraction process for extracting a reference point group for obtaining the azimuth point from the measurement point group;
Based on the reference point group, a provisional azimuth point coordinate calculation process for calculating a position coordinate of the azimuth point in the provisional coordinate system as a provisional azimuth point coordinate;
Based on the position coordinates of the reference point, the position coordinates of the azimuth point, and the provisional azimuth point coordinates, the provisional coordinate system is converted to obtain a definite coordinate system, and the provisional coordinates assigned to the measurement point group are A function for causing a computer to execute a fixed coordinate calculation process for converting to the fixed coordinate system;
In the reference point group extraction process, relative height difference filtering that thins out the measurement point group by comparing the relative height difference between the reference point and the azimuth point, and the measurement point group by comparing the distance between the reference point and the azimuth point. The coordinate calculation program, wherein the reference point group is extracted by thinning distance filtering and azimuth filtering that thins out the measurement point group by comparing the azimuth obtained by the reference point and the azimuth point.
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